陜西鳳太礦集區(qū)鉛鋅礦的礦體定位規(guī)律研究

曾令高,張 均 ,胡 鵬 ,石 凱

(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)資源學(xué)院,武漢 430074)

0 引言

礦體定位規(guī)律研究是大比例尺、小范圍成礦預(yù)測(cè),其核心是查明礦體的空間賦存特征與礦體產(chǎn)出地質(zhì)環(huán)境之間的內(nèi)在聯(lián)系,明確礦體局部富集和空間定位的機(jī)制,以便為礦區(qū)探邊摸底提供科學(xué)依據(jù)。

隨著鳳太礦集區(qū)找礦工作的不斷深入,地表礦和淺埋藏礦日趨減少,找礦難度日益加大;現(xiàn)有礦山深部和外圍的隱伏礦將成為今后找礦勘查工作中的主要勘查對(duì)象。因此,研究鳳太礦集區(qū)鉛鋅礦的礦體空間定位規(guī)律,對(duì)認(rèn)識(shí)區(qū)內(nèi)鉛鋅成礦規(guī)律和指導(dǎo)找礦勘探具有重要意義。

1 成礦地質(zhì)背景

鳳太礦集區(qū)位于西秦嶺西成—鳳太鉛鋅多金屬成礦帶東部,呈近EW向展布。區(qū)內(nèi)出露地層以泥盆系為主,其次為石炭系、二疊系、三疊系和白堊系,下古生界有零星分布(圖1)。

中泥盆統(tǒng)古道嶺組上巖段(D2g2)和上泥盆統(tǒng)星紅鋪組(D3x)為區(qū)內(nèi)出露的主要地層,是鉛鋅 礦的主要含礦層位。

古道嶺組上巖段為一套灰?guī)r地層。下部為薄層結(jié)晶灰?guī)r、含碳灰?guī)r夾鈣質(zhì)含碳千枚巖,中部為中厚層結(jié)晶灰?guī)r夾薄層灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r,上部為薄層灰?guī)r夾白云質(zhì)灰?guī)r;古道嶺組上巖段為鉛鋅礦的主要含礦層位,產(chǎn)有大型層狀、似層狀礦體。

星紅鋪組為一套淺變質(zhì)的泥砂質(zhì)碎屑巖夾薄層灰?guī)r,分為3個(gè)巖性段。上段為綠泥石絹云母千枚巖、綠泥石粉砂質(zhì)千枚巖,巖性穩(wěn)定,為賦礦層之上覆巖層;中下段為鐵白云質(zhì)千枚巖、鐵白云石絹云母千枚巖、鈣質(zhì)千枚巖,以及少量生物碎屑灰?guī)r、泥灰?guī)r等,層位穩(wěn)定,底部常由薄層含碳生物碎屑灰?guī)r、碳質(zhì)千枚巖、硅化灰?guī)r、硅化鐵白云質(zhì)灰?guī)r和硅質(zhì)巖組成,為鉛鋅礦的近礦圍巖。星紅鋪組地層與下伏古道嶺組呈斷層接觸關(guān)系;局部可見九里坪組覆蓋于星紅鋪組之上,兩組地層呈整合接觸關(guān)系。九里坪組為雜礫巖、砂質(zhì)灰?guī)r、絹云母千枚巖、泥灰?guī)r以及粉砂巖等組成的雜巖層,賦存有極少量的小型鉛鋅礦床及礦化點(diǎn)。

區(qū)內(nèi)基本構(gòu)造格架為古岔河—殷家壩復(fù)式向斜,構(gòu)造線呈NWW向;次級(jí)褶皺和斷裂發(fā)育。次級(jí)背斜的虛脫部位為重要的容礦空間,控制了鉛鋅礦的絕大部分儲(chǔ)量。發(fā)育的次級(jí)同生斷裂是熱水噴流活動(dòng)的通道,同時(shí)也是礦化的重要場(chǎng)所,其制約了礦化的分布范圍和展布型式,鉛鋅礦化由于受控于這些斷裂而具有NWW向的帶狀分布特征。礦集區(qū)南北以深大斷裂為界(圖1),北部為鳳鎮(zhèn)—山陽(yáng)斷裂(F1),南部為酒奠梁—獅子壩斷裂(F5),兩條 斷裂自泥盆紀(jì)以來(lái)長(zhǎng)期活動(dòng),對(duì)泥盆紀(jì)的沉積、成礦及后期構(gòu)造-巖漿演化成礦均具有重要意義,目前發(fā)現(xiàn)的重要礦床均分布在兩條斷裂所限制的區(qū)域內(nèi)[2]。

圖1 陜西鳳太礦集區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)簡(jiǎn)圖(據(jù)李強(qiáng)等(2007)資料修編)Fig.1 The geological sketch of mineral cluster region in Fengtai

區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)不太發(fā)育,巖漿侵入受控于區(qū)域性深大斷裂,巖體沿區(qū)域構(gòu)造線方向展布,出露面積較大的僅西壩和何家莊等中酸性巖體,但脈巖(如花崗斑巖、閃長(zhǎng)玢巖、煌斑巖)較為發(fā)育。

2 礦床空間展布特征

區(qū)內(nèi)鉛鋅礦床的空間分布具有分帶性和集中產(chǎn)出的特點(diǎn)。按礦床產(chǎn)出地理位置和礦化地質(zhì)特征的不同,區(qū)內(nèi)鉛鋅礦床大致沿孔管子—松坪復(fù)背斜軸分為南、北兩個(gè)成礦亞帶(圖2)。八方山、二里河、銀母寺、巖房灣等鉛鋅礦床位于該復(fù)背斜的北翼,構(gòu)成八方山—王家楞礦帶,鉛鋅礦床以遭受印支-燕山期熱液強(qiáng)烈改造[3-5]為特征,礦化強(qiáng)度較大,礦石成分復(fù)雜;鉛硐山、峰崖、手搬崖、銀洞梁等鉛鋅礦床位于復(fù)背斜的南翼,構(gòu)成鉛硐山—葦子坪礦帶,鉛鋅礦床經(jīng)歷了較弱的后期熱液改造作用,礦化強(qiáng)度相對(duì)較小,礦石成分較為簡(jiǎn)單。

從圖2可以看出,區(qū)內(nèi)鉛鋅礦床的空間展布具有叢聚性分布特征,密集產(chǎn)出于受同生斷裂控制的次級(jí)熱水沉積盆地中,尤其是在 H1和 H2次級(jí)斷陷海盆中賦存了區(qū)內(nèi)所有大、中型鉛鋅礦床和絕大部分鉛鋅儲(chǔ)量,H3和 H4次級(jí)斷陷海盆中有少量的小型礦床及礦化點(diǎn);熱水沉積盆地為鉛鋅礦床定位的容礦空間,礦床大多分布于熱水沉積盆地邊緣的斜坡帶構(gòu)造-巖相變化區(qū)。區(qū)內(nèi)已探明的主要鉛鋅礦床均分布在鳳鎮(zhèn)—山陽(yáng)斷裂以南、西河斷裂以西的淺海陸棚及碳酸鹽臺(tái)地相沉積區(qū),集中分布于兩個(gè)成礦亞帶內(nèi),兩條同生斷裂共同制約了鉛鋅礦床的空間分布格局。區(qū)內(nèi)鉛鋅礦床的空間展布表現(xiàn)出自西向東鉛鋅礦化逐漸減弱的趨勢(shì);自礦集區(qū)西部的鉛硐山,東經(jīng)八方山、銀母寺到大黑溝一帶,礦床規(guī)模表現(xiàn)為大型→中型→中、小型→礦化點(diǎn)的變化趨勢(shì),這種規(guī)律性的變化正好與泥盆紀(jì)時(shí)期區(qū)內(nèi)的裂陷活動(dòng)西強(qiáng)東弱的態(tài)勢(shì)相吻合。

3 礦體定位規(guī)律

3.1 地層、巖性對(duì)成礦的控制

為了查明鉛鋅礦體在地層中的空間定位規(guī)律,筆者運(yùn)用 GIS空間分析法對(duì)區(qū)內(nèi)出露地層進(jìn)行了屬性分析,將所有地層和鉛鋅礦床(點(diǎn))作了面對(duì)點(diǎn)的相交分析,結(jié)果如圖3所示。

從圖3可以看出,區(qū)內(nèi)所有鉛鋅礦床(點(diǎn))均賦存于不同地層的接觸帶上,尤其是中泥盆統(tǒng)古道嶺組和上泥盆統(tǒng)星紅鋪組的接觸帶賦存了區(qū)內(nèi)所有大中型鉛鋅礦床和大部分小型礦床,鉛鋅儲(chǔ)量占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì),而在上泥盆統(tǒng)星紅鋪組和九里坪組的接觸帶上僅賦存了極個(gè)別的小型礦床及礦化點(diǎn)。由此可見,區(qū)內(nèi)的鉛鋅礦體的空間定位具有明顯的層控性,中泥盆統(tǒng)古道嶺組和星紅鋪組是區(qū)內(nèi)最為有利的賦礦地層單元。

圖2 鳳太礦集區(qū)鉛鋅礦床空間分布略圖(據(jù)王瑞延等(2007)資料修編)Fig.2 Sketch map showing spatial diatribution of lead-zinc deposits in Fengtai mineral cluster region

圖3 鳳太礦集區(qū)地層控礦信息圖Fig.3 The information graph of ore-controlling stratum in Fengtai mineral cluster region

為了進(jìn)一步明確鉛鋅礦體在地層中的產(chǎn)出定位規(guī)律,筆者在空間分析的基礎(chǔ)上利用 GIS的統(tǒng)計(jì)功能,統(tǒng)計(jì)分析了不同巖性組合中鉛鋅礦床(點(diǎn))的產(chǎn)出情況(表1)。從表中可以看出,鉛鋅礦化對(duì)巖性具有明顯的選擇性,硅質(zhì)巖、硅化巖和碳質(zhì)巖石控礦明顯,其中以硅質(zhì)巖最為重要,所賦存的鉛鋅礦無(wú)論在礦床數(shù)量上還是在儲(chǔ)量上都占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì),礦床多為大中型。一般來(lái)說(shuō),面狀硅化愈強(qiáng),碳質(zhì)千枚巖愈發(fā)育,含礦性愈好,容易形成厚富的礦體。由此可見,區(qū)內(nèi)鉛鋅礦體的空間定位受控于海相碳酸鹽巖-硅質(zhì)巖-泥質(zhì)巖巖石組合。

表1 鳳太礦集區(qū)不同巖性組合地層中鉛鋅礦床產(chǎn)出情況Table 1 Statistics of Pb-Zn deposits in different lithologic associations

3.2 構(gòu)造對(duì)成礦的控制

區(qū)內(nèi)鉛鋅礦床受構(gòu)造控制作用明顯,主要表現(xiàn)為同生斷裂和同沉積背斜對(duì)成礦的控制,礦集區(qū)南北的深大同生斷裂主導(dǎo)了鉛鋅礦化的展布格局,在有利地層、巖相中的構(gòu)造組合控制了鉛鋅礦體的空間定位。區(qū)內(nèi)的同生斷裂往往發(fā)育在熱水沉積盆地邊緣斜坡帶構(gòu)造-巖相區(qū)巖性變化較大的部位,大致可分為近 EW向、NW-NWW向和NE向3組,它們是深部成巖、成礦物質(zhì)(含礦流體等)進(jìn)入古裂谷盆地的重要通道,這些斷裂的活動(dòng)頻率和持續(xù)時(shí)間在一定程度上制約了礦體的時(shí)空分布和礦床產(chǎn)出規(guī)模,同時(shí)由其導(dǎo)致的局部沉積洼地也是賦礦的重要場(chǎng)所,不同方向斷裂的交匯部位往往是熱水沉積成礦作用的有利地帶,并以NW-NWW向斷裂最為發(fā)育,直接控制了礦化的分布[8]。區(qū)內(nèi)成礦由于受斷裂控制明顯,具有一定規(guī)模的鉛鋅礦床均產(chǎn)于NWW向與NE向構(gòu)造的交匯部位,造就了東西成帶、北東成行的鉛鋅礦化成礦結(jié)構(gòu)特征。

為了定量分析斷裂構(gòu)造對(duì)礦體空間定位的最佳控制范圍,筆者利用GIS空間分析對(duì)斷裂構(gòu)造與已知礦床(點(diǎn))進(jìn)行了線緩沖區(qū)(buffer)分析,根據(jù)相應(yīng)buffer半徑所控制的礦產(chǎn)當(dāng)量與總礦產(chǎn)當(dāng)量的比值來(lái)確定斷裂對(duì)成礦的最佳控制范圍,當(dāng)buffer半徑為8.5 mm(實(shí)際距離425 m)時(shí)礦產(chǎn)當(dāng)量比值激增,且所折合的礦產(chǎn)當(dāng)量已占全區(qū)的86%,涵蓋了所有大中型和絕大部分小型鉛鋅礦床,當(dāng)繼續(xù)增加buffer半徑時(shí)所增加的礦產(chǎn)當(dāng)量已相當(dāng)微弱,從礦產(chǎn)勘查最優(yōu)地質(zhì)效果與經(jīng)濟(jì)效果相統(tǒng)一原則來(lái)看已不宜擴(kuò)大勘查范圍。由此可以推測(cè)斷裂兩側(cè)約425 m為最佳有效勘查范圍,據(jù)此半徑對(duì)斷裂進(jìn)行buffer分析所得的斷裂有效控礦影響范圍如圖4所示。

區(qū)內(nèi)鉛鋅礦體的空間定位與次級(jí)同沉積背斜有著極為密切的關(guān)系,礦體嚴(yán)格受控于這些背斜,其形態(tài)、產(chǎn)狀、厚度規(guī)模以及品位變化均與背斜構(gòu)造空間形態(tài)密切相關(guān)?？氐V背斜常常為一個(gè)兩翼不對(duì)稱的緊閉褶皺,傾伏部位和軸向發(fā)生變化部位對(duì)成礦極為有利,鉛鋅礦主要賦存于其鞍部及兩翼,陡傾斜翼甚至倒轉(zhuǎn)翼礦體厚而富,延深較大,緩傾斜翼則剛好相反,其儲(chǔ)量約占此類礦床的70%以上[9],其余的礦體主要呈似層狀及透鏡狀賦存于剝離空間上盤的千枚巖及下盤的生物礁灰?guī)r中。鉛鋅礦體的空間定位由于嚴(yán)格受同沉積背斜構(gòu)造控制,因而其在剖面上的形態(tài)常呈“八”字型、“拋物線”型、“新月”型和“M”型產(chǎn)出[10],在鞍部厚大而向兩翼迅速尖滅,表現(xiàn)為膨大尖滅的變化特征。

同沉積背斜的形成過(guò)程與鉛鋅礦化的關(guān)系十分密切,在沉積作用階段生物礁的存在為熱水沉積成礦作用提供了各種有利條件,在改造作用階段由于褶皺作用而在同沉積背斜鞍部產(chǎn)生了大規(guī)模剝離空間,為礦體的規(guī)模性富集提供了有利場(chǎng)所[9,11]。同時(shí),由于古道嶺組灰?guī)r與星紅鋪組千枚巖的巖性、物化性質(zhì)的差異,在其接觸部位產(chǎn)生大量的層間滑動(dòng)斷層,它們?yōu)楹V熱液的規(guī)模遷移提供了重要通道,同時(shí)也是區(qū)內(nèi)鉛鋅礦體最為直接的控礦斷裂,定位于其兩側(cè)450 m范圍內(nèi)的鉛鋅礦體的金屬儲(chǔ)量占全區(qū)探明儲(chǔ)量的80%以上。

圖4 鳳太礦集區(qū)斷裂構(gòu)造有效控礦范圍分布圖Fig.4 Control range of faults on ore in the Fengtai mineral cluster region

3.3 礦體的空間定位規(guī)律

區(qū)內(nèi)鉛鋅礦體的空間定位嚴(yán)格受中、上泥盆統(tǒng)控制,硅質(zhì)巖、硅化灰?guī)r以及碳質(zhì)千枚巖等為礦體的直接容礦巖石,鉛鋅礦化受控于被動(dòng)大陸邊緣碳酸鹽臺(tái)地相的生物礁-硅質(zhì)巖-泥質(zhì)巖巖石組合,礦體形態(tài)比較簡(jiǎn)單,主要呈層狀、似層狀、鞍狀、透鏡狀等,與圍巖基本整合產(chǎn)出;局部出現(xiàn)脈狀、不規(guī)則狀礦體與圍巖呈不整合或切層關(guān)系,其往往為后期熱液作用的產(chǎn)物。鉛鋅礦體主要賦存于古道嶺組頂部灰?guī)r與星紅鋪組底部千枚巖巖性接觸界面的背斜虛脫空間及其附近圍巖中,具體賦礦部位包括古道嶺組靠近接觸帶灰?guī)r地層、兩組地層巖性接觸帶虛脫空間和星紅鋪組靠近接觸帶的千枚巖地層(圖5)。其中背斜虛脫空間為主要的賦礦空間,礦體厚大完整,賦存了整個(gè)礦床的絕大部分金屬儲(chǔ)量。單個(gè)礦床往往包含大小懸殊的若干個(gè)礦體,主礦體常由1個(gè)或2個(gè)最大的礦體組成,具有較大的延長(zhǎng)與延深比值,如鉛硐山有10個(gè)礦體,Ⅰ號(hào)和Ⅱ號(hào)構(gòu)成的主礦體金屬儲(chǔ)量占整個(gè)礦床的90%以上,Ⅰ號(hào)礦體延長(zhǎng)是延深的2.35倍,這種現(xiàn)象也出現(xiàn)于八方山等礦床[9]。八方山鉛鋅礦體嚴(yán)格受同沉積背斜控制,礦體賦存于其鞍部而向兩翼迅速尖滅,而沿軸部可延長(zhǎng)數(shù)千米。掌握上述礦體空間定位規(guī)律有利于指導(dǎo)一系列礦床規(guī)模擴(kuò)大及新礦化地段的發(fā)現(xiàn),如在八方山礦床的東延部位發(fā)現(xiàn)了二里河礦床。

區(qū)內(nèi)鉛鋅礦床礦化強(qiáng)度、品位與礦體厚度及印支-燕山期的熱液改造程度密切相關(guān)。經(jīng)歷了強(qiáng)烈的改造作用的礦床 (如二里河鉛鋅礦床),礦化富集程度與礦體厚度呈正相關(guān),往往在同沉積背斜鞍部的虛脫空間形成厚富的礦化濃集中心,Pb-Zn品位在垂向上具有從深部向淺部逐漸增高的趨勢(shì);而僅經(jīng)歷了弱改造作用的礦床 (如鉛硐山鉛鋅礦床),礦化富集程度則與礦體厚度大致呈負(fù)相關(guān),礦體具有厚而貧、薄而富的礦化特征,在垂向上,Pb和Zn的富集區(qū)一般互不重合,具有上Zn下 Pb的礦化富集格局,一般來(lái)說(shuō),礦化在頂、底板較富,中部較貧。

3.4 礦體的側(cè)伏規(guī)律

礦體的側(cè)伏規(guī)律是指礦體的產(chǎn)狀特征及其組合關(guān)系,是礦體空間定位規(guī)律研究的重要內(nèi)容。確切把握礦體的側(cè)伏規(guī)律可以較好地指導(dǎo)區(qū)內(nèi)成礦預(yù)測(cè)工作,尤其是對(duì)已知礦床開展大比例尺定位預(yù)測(cè)起著至關(guān)重要的作用,對(duì)指導(dǎo)礦山深部隱伏礦體定位預(yù)測(cè)和新礦化帶的發(fā)現(xiàn)具有重要意義。

圖5 鳳太礦集區(qū)鉛鋅礦床礦體賦存部位示意圖Fig.5 The schematic diagram of ore-body location for lead-zinc deposits in Fengtai mineral cluster region

區(qū)內(nèi)鉛鋅礦體具有明顯的側(cè)伏特征,礦體的空間定位表現(xiàn)出了規(guī)律性的側(cè)伏,在南北礦帶中礦體呈現(xiàn)出相背側(cè)伏的展布規(guī)律。為了確切證實(shí)這一地質(zhì)現(xiàn)象,筆者選取了區(qū)內(nèi)勘查程度最高的2個(gè)典型礦床的部分勘探線剖面進(jìn)行了綜合研究(圖6),區(qū)內(nèi)鉛鋅礦體具有十分明顯的側(cè)伏特征,以鉛硐山鉛鋅礦床為代表的南礦帶礦床中礦體表現(xiàn)出向西側(cè)伏的態(tài)勢(shì),隨著埋藏深度的增加,礦體遭受后期風(fēng)化剝蝕影響越小,礦體的完整程度增高,礦體規(guī)模呈現(xiàn)出增大的趨勢(shì),尤其是南翼礦體變得完整而具有較大的延深,但與此同時(shí)Pb-Zn品位也呈現(xiàn)出急劇降低的趨勢(shì);而以八方山—二里河鉛鋅礦床為代表的北礦帶中的鉛鋅礦體則表現(xiàn)為向東側(cè)伏的特征,隨埋藏深度增加礦體規(guī)模逐漸變小,礦石品位下降不太明顯。

鳳太礦集區(qū)內(nèi)的鉛鋅礦體具有側(cè)伏規(guī)律的認(rèn)識(shí),目前已運(yùn)用到區(qū)內(nèi)的鉛鋅找礦工作中,并取得了一些突破,如長(zhǎng)溝—核桃溝鉛鋅礦床的發(fā)現(xiàn)就得益于側(cè)伏規(guī)律的指導(dǎo)。

圖6 鳳太礦集團(tuán)鉛鋅礦床礦體側(cè)伏規(guī)律示意圖Fig.6 The schematic diagram of orebody plunge pattern for lead-zinc deposits in Fengtai cluste region

4 結(jié)語(yǔ)

區(qū)內(nèi)鉛鋅礦化表現(xiàn)出“一區(qū)二帶多中心”的總體展布格局,礦體的空間定位呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律性,地層控礦性明顯,鉛鋅礦化對(duì)巖性具有明顯的選擇性,鉛鋅礦體定位于有利的斷裂-褶皺構(gòu)造組合,在空間上表現(xiàn)出沿巖性界面分布,在次級(jí)同沉積背斜轉(zhuǎn)折端富集,南北兩帶相背側(cè)伏的空間定位規(guī)律?；趯?duì)礦體空間定位規(guī)律的新認(rèn)識(shí),區(qū)內(nèi)的找礦工作取得了較好的成效。

致謝:在野外調(diào)研及資料搜集過(guò)程中,得到了西北有色717隊(duì)的領(lǐng)導(dǎo)、同仁們無(wú)私的指導(dǎo)和幫助,在論文完成之際得到了課題組成員的大力幫助和支持,在此一并表示感謝!

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